光纖通信精品課件

1、光纖通信第1頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一4.1 模擬光纖通信 同軸電纜CATV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 第2頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一用光纖替代原來同軸電纜CATV網(wǎng)絡(luò)干線傳輸中的同軸電纜，配線和引入線部分仍然保留原來的同軸電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)，組成光纖同軸電纜混合系統(tǒng)（Hybrid Fiber Cable，HFC） HFC系統(tǒng) 第3頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一通常前端設(shè)備與光節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間采用副載波復(fù)用（Sub-Carrier Multiplexing，SCM）進(jìn)行多路模擬電視信號(hào)的光纖傳輸 第4頁，共39頁，2022年，5月20日，

2、4點(diǎn)56分，星期一4.2 數(shù)字光纖通信系統(tǒng) 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)組成框圖 第5頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一光纖傳輸系統(tǒng)及其網(wǎng)管在系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理、維護(hù)和指配（Operations，Administration，Maintenance & Provisioning，OAM&P）方面的主要任務(wù):（1）根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求和系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)資源狀況來配置系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)、開通業(yè)務(wù) （2）對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況（傳輸性能、關(guān)鍵部件狀態(tài)等）進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)最重要的一項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)就是誤碼性能的監(jiān)測(cè) （3）故障告警。一旦設(shè)備或設(shè)備中的部件或光纜線路出現(xiàn)故障，系統(tǒng)應(yīng)能檢測(cè)到并在網(wǎng)

3、管界面上顯示出來或在設(shè)備上指示出來，并要能夠及時(shí)通知維護(hù)人員 第6頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一（4）為故障定位和其他維護(hù)需求而提供環(huán)回控制、主要項(xiàng)目的測(cè)試等 （5）為系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)OAM信息提供傳輸通道（6）為系統(tǒng)的運(yùn)營者提供業(yè)務(wù)性能、流量等方面的統(tǒng)計(jì)信息 （7）為維護(hù)管理人員提供話音通信的手段（公務(wù)電話） 第7頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一具有再生器/中繼器的數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng) 第8頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一4.3 SDH系統(tǒng) 4.3.1 SDH/Sonet技術(shù)的產(chǎn)生 全世界統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行維護(hù)管理能力強(qiáng)大具有自愈能力

4、便于從高速信號(hào)中分插低速信號(hào) 第9頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一4.3.2 SDH技術(shù)的特點(diǎn) SDH網(wǎng)不僅能與現(xiàn)有的PDH網(wǎng)實(shí)現(xiàn)兼容，即使PDH的1.544Mbit/s和2.048Mbit/s兩大體系在SDH信息結(jié)構(gòu)上能獲得統(tǒng)一，形成數(shù)字傳輸體制上的世界標(biāo)準(zhǔn) SDH網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)具有強(qiáng)大的自愈能力，這不僅使SDH網(wǎng)絡(luò)的生存性和可靠性大大增強(qiáng)，而且便于組網(wǎng)和降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的費(fèi)用 第10頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一SDH采用了同步復(fù)用方式和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)，使低階信號(hào)和高階信號(hào)的復(fù)用和解復(fù)用一次到位，大大簡(jiǎn)化了設(shè)備的處理過程，省去了

5、大量的有關(guān)電路單元、跳線電纜和電路接口數(shù)量，從而簡(jiǎn)化運(yùn)營和維護(hù)，改善網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)透明性 SDH標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口，對(duì)各網(wǎng)絡(luò)單元的光接口有嚴(yán)格的規(guī)范要求，從而使得任何網(wǎng)絡(luò)單元在光路上得以互通，實(shí)現(xiàn)了橫向的兼容性 第11頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一SDH幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的開銷比特，使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理、維護(hù)與指配（OAM&P）的能力大大地加強(qiáng)，通過遠(yuǎn)程控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各網(wǎng)絡(luò)單元/節(jié)點(diǎn)設(shè)備的分布式管理，同時(shí)也便于新功能和新特性的及時(shí)開發(fā)和升級(jí)，而且促進(jìn)了更完善的網(wǎng)絡(luò)管理和智能化設(shè)備的發(fā)展 SDH采用先進(jìn)的指針調(diào)整技術(shù)，支持偽同步工作環(huán)境，使來自不同提供者的信息凈負(fù)

6、荷可以在不同的同步島之間進(jìn)行傳送，并有能力承受一定的定時(shí)基準(zhǔn)丟失 第12頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一4.4 數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 4.4.1 總體考慮 1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、線路路由選擇 2網(wǎng)絡(luò)/系統(tǒng)容量的確定 3光纖/光纜選型 G.652光纖 G.653光纖G.654光纖G.655光纖 4透擇合適的設(shè)備，核實(shí)設(shè)備的性能指標(biāo) 5光傳輸設(shè)計(jì)第13頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一4.4.2 再生段的設(shè)計(jì) 光再生段組成 第14頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一在實(shí)際組網(wǎng)應(yīng)用中通常有三種光傳輸設(shè)計(jì)方法 :最壞值設(shè)計(jì)法聯(lián)合設(shè)計(jì)法統(tǒng)計(jì)設(shè)

7、計(jì)法（包括半統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)法）應(yīng)用范圍最廣的是最壞值設(shè)計(jì)法 第15頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一再生段距離的設(shè)計(jì)可以分為兩種情況： 損耗受限系統(tǒng)，即再生段距離由S和R點(diǎn)之間的光通道損耗決定色散受限系統(tǒng)，即再生段距離由S和R點(diǎn)之間的光通道總色散所決定 第16頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一1損耗受限系統(tǒng) S-R之間的光通道的損耗組成損耗受限系統(tǒng)的最大再生段距離或者稱作最大中繼距離可以用下式來估算其中 第17頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一對(duì)于最壞值設(shè)計(jì)，最大傳輸距離則 公式中帶下標(biāo)“m”的參數(shù)皆為相應(yīng)參數(shù)的最壞值 如光纜富余度按

8、整個(gè)段總量留取，則上式變?yōu)?第18頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一2色散受限系統(tǒng) 對(duì)于色散受限系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者首先應(yīng)確定所設(shè)計(jì)的再生段的總色散（ps/nm），再據(jù)此選擇合適的光接口及相應(yīng)的一整套光參數(shù) 色散受限系統(tǒng)最大無再生傳輸距離的最壞值可以用下式估算 第19頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一（1）使用多縱模激光器時(shí)系統(tǒng)色散受限的最大傳輸距離 使用多縱模激光器的光纜線路系統(tǒng)的光通路功率代價(jià)僅需計(jì)算模式分配噪聲的功率代價(jià)和碼間干擾的功率代價(jià)兩項(xiàng) 模式分配噪聲的功率代價(jià)和碼間干擾的功率代價(jià)均和相對(duì)展寬因子有關(guān) ， 表示碼元脈沖經(jīng)過信道傳輸后脈沖的相對(duì)

9、展寬值可以求出系統(tǒng)色散受限的最大傳輸距離 第20頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一（2）使用單縱模激光器系統(tǒng)色散受限系統(tǒng)的最大傳輸距離 對(duì)于使用單縱模激光器的光纜線路系統(tǒng) ，其光通路功率代價(jià)僅需計(jì)算頻率啁啾的功率代價(jià)和碼間干擾的功率代價(jià)兩項(xiàng) 頻率啁啾的功率代價(jià)均和相對(duì)展寬因子有一定的關(guān)系 采用單縱模激光器的系統(tǒng) ，可以得到一個(gè)十分簡(jiǎn)明的色散限制最大傳輸距離 第21頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一4.5 數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的性能指標(biāo) 1誤碼概念及其性能參數(shù)的定義 誤碼是指經(jīng)光接收機(jī)的接收與判決再生之后，碼流中的某些比特發(fā)生了差錯(cuò)，使傳輸?shù)馁|(zhì)量發(fā)生了損傷

10、 誤碼的產(chǎn)生主要有以下因素 各種噪聲產(chǎn)生的誤碼 由于光纖色散導(dǎo)致的碼間干擾引起的誤碼 定時(shí)抖動(dòng)產(chǎn)生的誤碼 各種外界因素產(chǎn)生的誤碼 第22頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一以“塊”為基礎(chǔ)的誤碼事件和誤碼性能參數(shù)有以下幾種 差錯(cuò)塊誤塊秒嚴(yán)重誤塊秒背景塊差錯(cuò) 嚴(yán)重誤碼期 誤塊秒比 嚴(yán)重誤塊秒比 背景塊差錯(cuò)比 嚴(yán)重誤碼期強(qiáng)度 第23頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一1誤碼概念及其性能參數(shù)的定義 ITU-T所制定的與網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期誤碼性能指標(biāo)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有G.826和G.828，與網(wǎng)絡(luò)短期誤碼性能指標(biāo)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有M.2101。對(duì)于一次群或高于一次群的固定比特速率傳送網(wǎng)

11、，只要求滿足G.826/G.828即可 第24頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一4.5.2 抖動(dòng)、漂移性能 1抖動(dòng)、漂移概念及其影響 （1）抖動(dòng) 定時(shí)抖動(dòng)（簡(jiǎn)稱抖動(dòng)）定義為數(shù)字脈沖信號(hào)的特定時(shí)刻（如最佳判決時(shí)刻）相對(duì)于其理想時(shí)間位置的短時(shí)間偏離 （2）漂移漂移定義為數(shù)字脈沖的特定時(shí)刻相對(duì)于其理想時(shí)間位置的長(zhǎng)時(shí)間偏移 第25頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一2抖動(dòng)、漂移性能要求 抖動(dòng)、漂移相關(guān)性能指標(biāo) ：輸入抖動(dòng)/漂移容限PDH、SDH設(shè)備必須容許輸入信號(hào)含有一定的抖動(dòng)/漂移，保證系統(tǒng)正常工作所容許的輸入信號(hào)的最大抖動(dòng)/漂移范圍稱為輸入抖動(dòng)/漂移容限

12、最大允許輸出抖動(dòng)/漂移能夠使網(wǎng)元任意互連而不影響網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量而允許的網(wǎng)絡(luò)接口的最大輸出抖動(dòng)/漂移 抖動(dòng)/漂移轉(zhuǎn)移特性 輸出信號(hào)的抖動(dòng)/漂移與輸入信號(hào)的抖動(dòng)/漂移的比值隨頻率變化的特性 第26頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一3可用性 可用性指在一個(gè)觀察期內(nèi)的可用時(shí)間所占的百分比，也稱為可用性比率（Availability Ratio，AR），不可用性指在一個(gè)觀察期內(nèi)的不可用時(shí)間所占的百分比，也稱為不可用性比率（Unavailability Ratio，UR） 根據(jù)AR和UR的定義，它們滿足 AR+UR=1 第27頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一4.

13、6 光纖放大器及其在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用 4.6.1 摻鉺光纖放大器 1EDFA的工作原理 EDFA未作平坦處理的增益譜 第28頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一2EDFA的結(jié)構(gòu) 第29頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一3EDFA的基本性能（1）增益特性 增益特性表示了光放大器的放大能力，定義為輸出功率與輸入功率之比 EDFA的增益大小與多種因素有關(guān)，增益一般為15dB40dB 第30頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一（2）輸出功率特性 第31頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一（3）噪聲特性 EDPA的噪聲

14、主要有4種 ：信號(hào)光的散粒噪聲 被放大的自發(fā)輻射光ASE的散粒噪聲 自發(fā)輻射ASE光譜與信號(hào)光之間的差拍噪聲 自發(fā)輻射ASE光譜間的差拍噪聲 第32頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一衡量EDFA的噪聲特性可用噪聲系數(shù)（NF）來度量，其定義為EDFA的輸入信噪比與輸出信噪比的比值（用dB表示）。 它與同相傳輸?shù)淖园l(fā)輻射頻譜密度和放大器增益密切相關(guān)，與輸入信號(hào)功率、泵浦功率和泵浦方式等有關(guān)。 表現(xiàn)為以下3點(diǎn) 在輸入小信號(hào)情況下，光放大器的噪聲系數(shù)（NF）隨著輸入信號(hào)光功率的增大而略有減小，而EDFA處于飽和狀態(tài)時(shí)噪聲系數(shù)隨信號(hào)功率的增大而增大。 噪聲系數(shù)隨著泵浦功率的增加而減

15、小。 信噪比惡化基本相同，但是當(dāng)摻鉺光纖長(zhǎng)度增大時(shí)，同向泵浦形式輸出的ASE功率最小，因而噪聲系數(shù)最低；雙向泵浦形式的噪聲系數(shù)居中；反向泵浦形式的噪聲系數(shù)最高 第33頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一4EDFA的應(yīng)用 （1）EDFA的基本應(yīng)用形式 第34頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一（2）EDFA在DWDM系統(tǒng)中的應(yīng)用 第35頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一（3）EDFA在光纜有線電視傳輸系統(tǒng)（HFC系統(tǒng)）中的應(yīng)用 （4）RFA+EDFA混合放大第36頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一4.6.2 喇曼光纖放大器 1RFA的工作原理 RFA的放大原理示意圖 第37頁，共39頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)56分，星期一2RFA的